撸Handler-Message-MessageQueue-Looper源码

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Handler-MessageQueue-Looper是Android特有的线程间通信机制。

Handler

Handler作为面向开发者的类，每种功能都复写了很多不同的方法，以达到方便开发者调用的目的：

Handler构建

Hanlder的创建方法

Handler的构造最主要方法如下：

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public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async) {
    mLooper = looper;
    mQueue = looper.mQueue;
    mCallback = callback;
    mAsynchronous = async;
}

需要获取一下四个成员变量：

  • looper 指定的looper，与线程有关
  • messageQueue looper的messageQueue
  • callback 可空
  • mAsynchronous 是否异步

Handler发送消息

发送runnable
发送message

上面的这些方法最终会调用一下方法：

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public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
    MessageQueue queue = mQueue;
    if (queue == null) {
        RuntimeException e = new RuntimeException(
                this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
        Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
        return false;
    }
    // 将发送的消息加入队列
    return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    // 将消息的target设为handler对象自己，表示这个消息是handler自己发送的，后面也会根据target的不同，由不同的handler处理消息
    msg.target = this;
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    // 这里调用messageQueue的enqueue方法将消息加入消息队列
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

这里调用messageQueue的enqueue方法将消息加入消息队列：

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boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
   ...
    synchronized (this) {
        ...
        msg.markInUse();
        msg.when = when;
        Message p = mMessages;
        boolean needWake;
        // 如果新加入的message立即需要处理或是比队首的消息先处理，那么将消息插入到最前面
        if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
            // New head, wake up the event queue if blocked.
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
            needWake = mBlocked;
        } else {
            // Inserted within the middle of the queue.  Usually we don't have to wake
            // up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
            // and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
            needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
            Message prev;
            // 遍历待处理消息队列，将入队的消息按处理时间顺序插入消息队列中
            for (;;) {
                prev = p;
                p = p.next;
                if (p == null || when < p.when) {
                    break;
                }
                if (needWake && p.isAsynchronous()) {
                    needWake = false;
                }
            }
            msg.next = p; // invariant: p == prev.next
            prev.next = msg;
        }

        // We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
        if (needWake) {
            nativeWake(mPtr);
        }
    }
    return true;
}

可以看出，将消息插入消息队列分为两种情况：

  • 如果当前消息最先需要处理，那么就插入队首
  • 如果不是需要最先处理，那么遍历整个队列，按消息需要处理的时间先后顺序插入消息

Handler拿一个未发送的message

obtainMessage

obtainMessage最终调用如下方法：

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Hanlder.class
    public static Message obtain(Handler h) {
        Message m = obtain();
        m.target = h;

        return m;
    }

Message.class

    public static Message obtain() {
        synchronized (sPoolSync) {
            if (sPool != null) {
                Message m = sPool;
                sPool = m.next;
                m.next = null;
                m.flags = 0; // clear in-use flag
                sPoolSize--;
                return m;
            }
        }
        return new Message();
    }

最终调用Message类的obtain()方法，Message的obtain()方法通过从Message类中维护的消息池(sPool)中获取之前已经使用过的消息，如果消息池中没有消息，那就返回一个新的消息，这样中可以减少消息对象的创建。

Handler处理消息

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public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg);
    }
}

public void handleMessage(Message msg) {
}

这里如果在构造Handler的时候加入了mCallback对象，那会就会执行mCallback对象的handleMessage()方法，否则执行Handler对象的handleMessage()方法。所以在我们写handler代码的时候都回去重写handleMessage(Message msg)方法，来处理handler发送消息。

开发中使用API主要就是以上的部分，下面开始分析，消息的处理机制。

Looper

Looper类在普通的开发中很难使用到，但是它缺少消息机制中重要的一个部分：负责轮询，并分发消息给相应的handler进行处理。
Looper是与线程紧密联系的一个类，Looper类中维护了一个ThreadLocal对象，用于存放不同线程的Looper对象：
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

Looper对象的构造是通过Looper.prepare()方法实现的：

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public static void prepare() {
    // 默认情况下，quitAllowed为true，即looper对象可以退出循环并结束，但是在主线程中的looper不能退出循环，因为主线程所有的事件逻辑都在主线程的looper中进行轮询处理，如果退出loop循环，那么意味着主线程执行完了，应用结束。
    prepare(true);
}

private static void prepare(boolean quitAllowed) {
    if (sThreadLocal.get() != null) {
        // 每个线程的looper只可以创建一次
        throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
    }
    sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}

looper的执行只有一个方法，这个方法会进入一个死循环，在循环中不断获取消息队列中的消息然后分发给相应的handler进行处理：

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public static void loop() {
    final Looper me = myLooper();
    if (me == null) {
        throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
    }
    final MessageQueue queue = me.mQueue;
    for (;;) {
        // 1 拿消息
        Message msg = queue.next(); // might block
        if (msg == null) {
            return;
        }
        try {
            // 2 分发给handler处理
            msg.target.dispatchMessage(msg);
            dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
        } finally {
            if (traceTag != 0) {
                Trace.traceEnd(traceTag);
            }
        }
        // 3 消息的回收
        msg.recycleUnchecked();
    }
}

Looper.loop在循环中主要做了三件事：

  1. 从消息队列MessageQueue中获取消息
  2. 将获取的消息给相应的handler进行处理
  3. 将处理完的消息进行回收

想看第一点，Message msg = queue.next(); // might block
源码的注释上写到：might block（有可能阻塞）。进入MessageQueue的next()方法：

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Message next() {
    // 这段与消息队列退出有关，可以对照quit()方法看
    final long ptr = mPtr;
    if (ptr == 0) {
        return null;
    }

    int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
    int nextPollTimeoutMillis = 0;
    for (;;) {
        if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
            Binder.flushPendingCommands();
        }
        // 在native层阻塞
        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

        synchronized (this) {
            // Try to retrieve the next message.  Return if found.
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            Message prevMsg = null;
            Message msg = mMessages;
            if (msg != null && msg.target == null) {
                // Stalled by a barrier.  Find the next asynchronous message in the queue.
                do {
                    prevMsg = msg;
                    msg = msg.next;
                } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
            }
            if (msg != null) {
                // 得到message，将message队列的对首给message.next，并返回message对象
                if (now < msg.when) {
                    // Next message is not ready.  Set a timeout to wake up when it is ready.
                    nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                } else {
                    // Got a message.
                    mBlocked = false;
                    if (prevMsg != null) {
                        prevMsg.next = msg.next;
                    } else {
                        mMessages = msg.next;
                    }
                    msg.next = null;
                    if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
                    msg.markInUse();
                    return msg;
                }
            } else {
                // No more messages.
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }

            // 与Looper退出相关
            if (mQuitting) {
                dispose();
                return null;
            }

        // 这里处理idle handlers.
        for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
            final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
            mPendingIdleHandlers[i] = null; 
            boolean keep = false;
            try {
                keep = idler.queueIdle();
            } catch (Throwable t) {
                Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
            }
            // 如果idle handler 的queueIdle方法返回false那执行完就移除idleHandler队列
            if (!keep) {
                synchronized (this) {
                    mIdleHandlers.remove(idler);
                }
            }
        }
    }
}

next()使用nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);方法，在没有消息的时候进行阻塞，当有消息的时候再从mMessages中获取消息，然后判断是否到到执行消息的时间，如果到了就返回消息，否则就计算要等待的时间，然后下一次循环再调用nativePollOnce()方法进行阻塞，直到消息需要执行了，然后返回消息。

nativePollOnce()方法是一个native的方法：

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/frameworks/base/core/jni/android_os_MessageQueue.cpp

static void android_os_MessageQueue_nativePollOnce(JNIEnv* env, jobject obj,
        jlong ptr, jint timeoutMillis) {
    NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);
    nativeMessageQueue->pollOnce(env, obj, timeoutMillis);
}

long ptr是java层线程创建Looper的时候创建MessageQueue时从native层获取的，对应的就是native 层的MessageQueue。android_os_MessageQueue_nativePollOnce方法会通过ptr先获取nativeMessageQueue对象，然后调用nativeMessageQueue的pollOnce方法：

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void NativeMessageQueue::pollOnce(JNIEnv* env, jobject pollObj, int timeoutMillis) {
    mPollEnv = env;
    mPollObj = pollObj;
    //阻塞在这里 epoll_wait
    mLooper->pollOnce(timeoutMillis);
    mPollObj = NULL;
    mPollEnv = NULL;

    if (mExceptionObj) {
        env->Throw(mExceptionObj);
        env->DeleteLocalRef(mExceptionObj);
        mExceptionObj = NULL;
    }
}

最终调用mLooper->pollOnce(timeoutMillis);方法，当消息队列中没有消息，timeoutMillis（Java层的nextPollTimeoutMillis）= -1，就会阻塞。只有当新加入消息的时候会调用nativeWake(mPtr);native方法：

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static void android_os_MessageQueue_nativeWake(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong ptr) {
    NativeMessageQueue* nativeMessageQueue = reinterpret_cast<NativeMessageQueue*>(ptr);
    nativeMessageQueue->wake();
}

void NativeMessageQueue::wake() {
    // epoll_ctl
    mLooper->wake();
}

最终调用mLooper->wake();唤醒mLoop，此时nativePollOnce方法往后执行，messageQueue.next()才能获取message并返回。

至此，

  1. 从handler发送消息
  2. messageQueue将消息入队列
  3. looper轮询调用messageQueue的 next方法获取下一个需要处理的消息
  4. looper将消息分发给handler进行处理

整个流程完毕

总结

handler消息处理有一下几个大块：

  • looper使用死循环轮询消息，使线程一直运行并监控发来的消息然后处理
  • 在轮询的时候核心是通过messageQueue的next方法获取下一个要处理的消息，这里使用native层调用epoll_wait和epoll_clt进行线程的阻塞和唤醒
  • handler的obtain方法最终使用的是message的obtain方法，message类中维护类一个message池，为handler提供空白消息，池化的做法可以避免频繁创建对象，导致频繁GC